DE2742516A1

DE2742516A1 - Gas-lubricated bearing for electric motor - has apertures to compensate pressure difference in radial holes with two holes to reduce pressure at leak point

Info

Publication number: DE2742516A1
Application number: DE19772742516
Authority: DE
Inventors: Yuan-Heng Dipl Ing Dschen
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1977-09-02
Filing date: 1977-09-21
Publication date: 1979-03-08

Abstract

The gas-lubricated radial bearing comprises a cylindrical bearing shell with a central hole. The ends of the hole have at least one ring groove. The bearing shell (2) has at least one radial hole (6) in its upper half in an angle area between 45 and 60 degrees of the vertical axis, whilst in its lower half in the vertical axis there is a drain hole (7). An annular space has two apertures (14) to compensate the pressure difference occurring in the radial holes together with two parallel holes for pressure reduction at the leak point.

Description

Dynamisch gasgeschmiertes Radiallager Dynamically gas-lubricated radial bearing

Die Erfindung bezieht sich auf ein dynamisch gasgeschmiertes Radiallager, das im wesentlichen aus einer zylindrischen Lagerschale mit einer zentrischen Bohrung besteht, wobei die zentrische Bohrung auf jeder Seite nahe dem Lagerende mit mindestens einer Ringnut versehen ist.The invention relates to a dynamically gas-lubricated radial bearing, that essentially consists of a cylindrical bearing shell with a central bore consists, the central bore on each side near the end of the bearing with at least is provided with an annular groove.

Aus der DT-PS 1 223 628 ist bereits ein dynamisch gasgeschmiertes Radiallager für grossen Drehzahlbereich bekannt, dessen kreiszylindrische Lauffläche der Lagerschale nahe den beiden Lagerenden mit über den Umfang verteilt angeordneten, an der Anlaufseite jeweils in eine Axialnut übergehenden flachen Aussparungen versehen ist. Jeder der Aussparungen ist eine eigene Axialnut zugeordnet, die sich über die Breite der Aussparung erstreckt und gemeinsam mit der Aussparung, vom Lagerspiel abgesehen, eine in sich geschlossene Tasche bildet.DT-PS 1 223 628 already has a dynamically gas-lubricated one Radial bearing known for a large speed range, its circular cylindrical running surface the bearing shell near the two bearing ends with distributed over the circumference, Provide flat recesses that merge into an axial groove on the run-up side is. Each of the recesses is assigned its own axial groove that extends over the Width of the recess extends and, together with the recess, from the bearing clearance apart from forming a self-contained pocket.

Derartige Lager sind in grossen Drehzahlbereichen funktions--l fähig und gestatten Drehzahlen von mehr als 100000 min Bei tiefen Drehzahlen übernehmen die mit den Aussparungen versehenen Lagerenden einen Teil der Belastung. Bei hohen Drehzahlen, bei denen die Tragfähigkeit des glatten Mittelteils allein gefügt, ubernehmen die beiden Lagerenden die äusserst wichtige Funktion der Wellenstabilisierung. Diese Wellenstabilisierung ist notwendig, da bei gasdynamischer Schmierung die sogenannte Halbfrequenz-Instabilität auftritt, bei der das Wellenzentrum mit halber Drehzahl um das Lagerzentrum kreist.Such bearings are functional in large speed ranges and allow speeds of more than 100,000 min at low speeds the bearing ends provided with the recesses part of the load. At high Take over speeds at which the load-bearing capacity of the smooth middle part is only joined the two ends of the bearing perform the extremely important function of shaft stabilization. These Shaft stabilization is necessary because with gas-dynamic lubrication the so-called Half frequency instability occurs with the shaft center at half speed circles around the camp center.

Das bekannte Lager erfüllt alle Bedingungen bezüglich guter Schmierung, grossem Drehzahlbereich und Wellenstabilität.The well-known bearing meets all the requirements for good lubrication, large speed range and shaft stability.

Für Serienmaschinen kleiner Dimensionen, bei denen ein niedriger Herstellungspreis angestrebt wird, sind derartige Lager jedoch zu teuer, da deren Bearbeitung sehr aufwendig und schwierig ist.For series machines of small dimensions with a low manufacturing price is sought, such bearings are too expensive because their processing is very is expensive and difficult.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein dynamisch gasgeschmiertes Radiallager der eingangs genannten Gattung zu schaffen, das in einem grossen Drehzahlbereich und auch bei hohen Drehzahlen sehr sicher und stabil arbeitet und das einfach und billig herzustellen ist.It is the object of the invention to provide a dynamically gas-lubricated radial bearing of the type mentioned above to create that in a large speed range and works very safely and stably even at high speeds and that is simple and is cheap to manufacture.

Diese Aufgabe wird bei einem dynamisch gasgeschmierten Radiallager der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Lagerschale in der bezüglich der Einbaulage des Lagers oberen Hälfte beiderseits der Vertikalachse und in einem Winkelbereich von 45° -60° von dieser versetzt mindestens je eine annähernd in radialer Richtung verlaufende Bohrung aufweist, in der unteren Hälfte der Lagerschale annähernd in der Vertikalachse mindestens eine Leckstelle angeordnet ist und erste Mittel zum Ausgleich der in den Bohrungen auftretenden Druckunterschiede und zweite Mittel zur Druckverminderung an der Leckstelle vorgesehen sind.This task is performed with a dynamically gas-lubricated Radial bearing of the type mentioned at the outset, according to the invention, in that the bearing shell in the upper half on both sides of the vertical axis with regard to the mounting position of the bearing and in an angular range of 45 ° -60 ° offset from this at least one approximately Has extending in the radial direction bore in the lower half of the bearing shell at least one leakage point is arranged approximately in the vertical axis and the first Means for equalizing the pressure differences occurring in the bores and second Means for reducing pressure are provided at the leak point.

Als Mittel zum Ausgleich der Druckunterschiede sind die Bohrungen und die Leckstelle mit den Ringnuten verbindende Oeffnungen geeignet. Besonders vorteilhaft ist eine Ausführung, bei der die Mittel zum Ausgleich der Druckunterschiede einen gegen aussen abgedichteten Ringraum, in den die Bohrungen und die Leckstelle münden, sowie den Ringraum mit den Ringnuten verbindende Oeffnungen umfassen.The holes are used as a means of compensating for the pressure differences and openings connecting the leak with the annular grooves are suitable. Particularly An embodiment in which the means for compensating for the pressure differences is advantageous an annulus sealed from the outside into which the holes and the leakage point open out, as well as include openings connecting the annular space with the annular grooves.

Der Ringraum ist zweckmässigerweise zwischen der Lagerschale und einem Lagergehäuse angeordnet und mittels elastischen Ringen abgedichtet.The annular space is expediently between the bearing shell and a Bearing housing arranged and sealed by means of elastic rings.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus einem nachstehend anhand der Zeichnung näher erläuterten Ausführungsbeispiel.Further details of the invention emerge from a below Embodiment explained in more detail with reference to the drawing.

In der Zeichnung zeigt: Fig. 1 einen radialen Schnitt durch ein dynamisch gasgeschmiertes Radiallager Fig. 2 einen axialen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1 Fig. 3 eine Variante der Fig. 2 Fig. 4 die Enden eines Elektromotors mit dynamisch gasgeschmierten Radiallagern und Mitteln zur Fixierung der Axiallage des Rotors.The drawing shows: FIG. 1 a radial section through a dynamic gas-lubricated radial bearing Fig. 2 is an axial section along the line II-II of the Fig. 1 Fig. 3 shows a variant of Fig. 2 Fig. 4 with the ends of an electric motor dynamically gas-lubricated radial bearings and means for fixing the axial position of the Rotor.

In Fig. 1 ist ein Lager 1 dargestellt, das im wesentlichen aus einer zylindrischen Lagerschale 2 mit einer zentrischen Bohrung 3 besteht, und einem in der Bohrung 3 befindlichen Lagerzapfen 4.In Fig. 1, a bearing 1 is shown, which consists essentially of a cylindrical bearing shell 2 with a central bore 3, and one in the bearing pin 4 located in the bore 3.

In der oberen Hälfte der Lagerschale 2 ist eine zur Vertikalachse um 450 in Drehrichtung versetzte, radial verlaufende erste Bohrung 5 angeordnet. Eine in radialer Richtung verlaufende zweite Bohrung 6 ist so angeordnet, dass sie zur Vertikalachse einen Winkel von 450 gegen die Drehrichtung aufweist. In der unteren Hälfte der Lagerschale 2 ist eine auf der Vertikalachse liegende dritte Radialbohrung 7 vorgesehen. Der Pfeil gibt die Drehrichtung des Lagerzapfens an. Das bei Betrieb des Lagers 1 in der unteren Hälfte der Lagerschale 2 entstehende Druckprofil hat die in Fig. 1 gezeigte Form.In the upper half of the bearing shell 2 is one to the vertical axis Radially extending first bore 5, offset by 450 in the direction of rotation, is arranged. A second bore 6 extending in the radial direction is arranged so that it to the vertical axis has an angle of 450 against the direction of rotation. In the lower Half of the bearing shell 2 is a third radial bore lying on the vertical axis 7th intended. The arrow indicates the direction of rotation of the bearing journal. That during operation of the bearing 1 in the lower half of the bearing shell 2 has resulting pressure profile the shape shown in FIG.

Fig. 2 zeigt einen axialen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1. Dabei ist das im wesentlichen aus der Lagerschale 2 mit der zentrischen Bohrung 3 bestehende Lager in einem Lagergehäuse 8 eingesetzt.FIG. 2 shows an axial section along the line II-II in FIG. 1. This is essentially from the bearing shell 2 with the central bore 3 existing bearings used in a bearing housing 8.

Die Lagerschale 2 ist mittels Gummiringen 9, 9*, die in Umfangsnuten 10, 10* der Lagerschale 2 angeordnet sind, in dem Lagergehäuse 8 abgestützt. Zwischen der Lagerschale 2 und dem Lagergehäuse 8 verbleibt ein Spalt 11. Durch eine an der Mantelfläche der Lagerschale 2 angeordnete Vertiefung wird zwischen dem Lagergehäuse 8 und der Lagerschale 2 ein Ringraum 12 gebildet, der mittels der Gummiringe 9, 9* gegen aussen abgedichtet ist. Die zweite Radialbohrung 6 und die dritte Radialbohrung 7 reichen von der zentrischen Bohrung 3 bis in den Ringraum 12. In der zentrischen Bohrung 3 sind jeweils nahe dem Ende Ringnuten 13, 13* vorgesehen, die durch Oeffnungen 14, 14* mit dem Ringraum 12 verbunden sind.The bearing shell 2 is by means of rubber rings 9, 9 *, which are in circumferential grooves 10, 10 * of the bearing shell 2 are arranged, supported in the bearing housing 8. Between the bearing shell 2 and the bearing housing 8 remains a gap 11. By one on the Outer surface of the bearing shell 2 arranged recess is between the bearing housing 8 and the bearing shell 2, an annular space 12 is formed, which by means of the rubber rings 9, 9 * is sealed from the outside. The second radial bore 6 and the third radial bore 7 extend from the central bore 3 to the annular space 12. In the central Bore 3 are each provided near the end of annular grooves 13, 13 * through openings 14, 14 * are connected to the annular space 12.

Fig. 3 zeigt eine Variante der Fig. 2, diese ist ebenfalls ein axialer Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1. Dabei ist die zylindrische Lagerschale 2 mittels Gummiringen 9, 9* in einem Lagergehäuse 8 abgestützt. Die Gummiringe 9,9* befinden sich in Umfangsnuten 10, 10* der Lagerschale 2.Fig. 3 shows a variant of Fig. 2, this is also an axial one Section along the line II-II of FIG. 1. Here is the cylindrical one Bearing shell 2 supported in a bearing housing 8 by means of rubber rings 9, 9 *. the Rubber rings 9, 9 * are located in circumferential grooves 10, 10 * of the bearing shell 2.

Die zentrische Bohrung 3 ist auf jeder Seite nahe dem Lagerende mit einer Ringnut 13, 13.* versehen. In der Lagerschale 2 ist eine parallel zur zentrischen Bohrung 3 verlaufende Bohrung 15, 15* angeordnet, deren Enden in die Hingnuten 13, 13* münden. Diese Bohrung 15 15* schneidet die in radialer Richtung verlaufende zweite Bohrung 6 und verbindet dadurch die Ringnuten 13, 13* mit der zweiten Bohrung 6. Die Bohrung 6 ist gegen die Aussenseite der Lagerschale 2 mittels eines Verschlussstückes luftdicht abgeschlossen. In der Lagerschale 2 ist eine weitere parallel zur zentrischen Bohrung 3 verlaufende Bohrung 16, 16* angeordnet, deren Enden in die Ringnuten 13, 13* münden. Diese Bohrung 16, 16* schneidet die in radialer Richtung verlaufende dritte Bohrung 7 und verbindet damit die Ringnuten 13, 13* mit der Bohrung 7. Die Bohrung 7 ist gegen die Aussenseite der Lagerschale 2 mittels eines Verschlussstückes luftdicht abgeschlossen.The central bore 3 is on each side near the end of the bearing an annular groove 13, 13. * provided. In the bearing shell 2 is a parallel to the central Bore 3 extending bore 15, 15 * arranged, the ends of which in the Hingnuten 13, 13 * open. This hole 15 15 * intersects the one extending in the radial direction second bore 6 and thereby connects the annular grooves 13, 13 * with the second bore 6. The bore 6 is against the outside of the bearing shell 2 by means of a locking piece hermetically sealed. In the bearing shell 2 is another parallel to the central one Bore 3 extending bore 16, 16 * arranged, the ends of which in the annular grooves 13, 13 * open. This bore 16, 16 * intersects the one running in the radial direction third bore 7 and thus connects the annular grooves 13, 13 * with the bore 7. The Bore 7 is against the outside of the bearing shell 2 by means of a closure piece hermetically sealed.

Fig. 4 zeigt einen Elektromotor 17, bestehend aus einem Stator 18 und einem Rotor 19. Der Stator umfasst ein Gehäuse 20, zwei Lagerschilde 21, 22 und eine in einem Statorblechpaket 23 angeordnete Statorwicklung 24. In die Lagerschilde 21, 22 ist jeweils eine Lagerschale 2 eines dynamisch gasgeschmierten Radiallagers 1 (gemäss Fig. 1 und 2) eingebaut. Der Rotor 19 umfasst eine Welle 25, deren Enden als Lagerzapfen 4 ausgebildet sind, und eine Kurzschlusswicklung 26. Die Lagerzapfen 4 befinden sich in den Lagerschalen 2. Eine jeweils in den Lagerschilden 21, 22 angeordnete Bohrung 27 mit einer Hohlschraube 28 dient zum Anschliessen einer Unterdruckleitung an den Ringraum 12.4 shows an electric motor 17, consisting of a stator 18 and a rotor 19. The stator comprises a housing 20, two end shields 21, 22 and a stator winding 24 arranged in a laminated stator core 23. In the end shields 21, 22 is a bearing shell 2 each dynamically gas-lubricated Radial bearing 1 (according to FIGS. 1 and 2) installed. The rotor 19 comprises a shaft 25, the ends of which are designed as bearing journals 4, and a short-circuit winding 26. The bearing journals 4 are located in the bearing shells 2. One in each of the end shields 21, 22 arranged bore 27 with a hollow screw 28 is used to connect a Vacuum line to the annulus 12.

Zur Fixierung der Axiallage des Rotors 19 dienen zwei Magnetpaare 29, 30 und 31, 32, wobei die Magnete 29, 30> 31 1 und 32 ringförmig ausgebildet und axial magnetisiert sind. Die Magnetringe 29 und 31 sind an den Stirnseiten in den Rotorkörper eingelegt. Die Magnetringe 30 und 32 sind an den dem Rotor 17 zugewandten Stirnseiten der Lagerschalen 2 befestigt und derart angeordnet, dass sich gleichnamige Pole eines Magnetpaares 29, 30 und 31> 32 32 gegenüberstehen.Two pairs of magnets are used to fix the axial position of the rotor 19 29, 30 and 31, 32, the magnets 29, 30> 31 1 and 32 being annular and are axially magnetized. The magnetic rings 29 and 31 are on the front sides in inserted the rotor body. The magnetic rings 30 and 32 are on the rotor 17 facing Front sides of the bearing shells 2 attached and arranged in such a way that the same name Poles of a pair of magnets 29, 30 and 31> 32 32 face each other.

Die Funktion des erfindungsgemässen Lagers wird wie folgt beschrieben: Die Drehung der Welle bzw. des Lagerzapfens 4 erzeugt im Schmiermittel dynamische Druckkräfte, welche den Lagerzapfen 4 von der Lagerschale 2 zu trennen vermögen, sobald eine bestimmte Drehzahl erreicht ist. Das Gas bildet einen tragfähigen Schmierfilm wodurch metallische Berührung der Lagerteile vermieden wird. Im konvergenten Schmierspalt der belasteten Lagerhälfte wird positiver Schmiermitteldruck entwickelt. In der unbelasteten Lagerhälfte, wo der Schmierspalt divergent verläuft, stellt sich ein negativer Schmiermitteldruck ein, der ebenfalls zur Tragfähigkeit des Lagers beiträgt. Diese Wirkung wird durch die erste und die zweite Bohrung 5,6 vermindert, da diese über den Ringraum 12 und die Oeffnungen 14, 14* sowie die Ringnuten 13, 13* einen Druckausgleich gestatten. An der durch die dritte Radialbohrung 7 gebildeten Leckstelle ergibt sich eine Verminderung des Schmiermitteldruckes, wie dies aus dem in Fig. 1 gezeigten Druckdiagramm ersichtlich ist. Dies hat eine Vergrösserung des Abstandes zwischen dem Wellenzentrum und dem Lagerzentrum zur Folge, wodurch die Stabilisierung des Lagers gegeben ist.The function of the bearing according to the invention is described as follows: The rotation of the shaft or the bearing journal 4 generates dynamic in the lubricant Pressure forces which are able to separate the bearing pin 4 from the bearing shell 2, as soon as a certain speed is reached. The gas forms a stable lubricating film whereby metallic contact of the bearing parts is avoided. In the convergent lubrication gap the loaded half of the bearing becomes positive lubricant pressure developed. In the unloaded half of the bearing, where the lubrication gap runs divergent, is a negative lubricant pressure, which also affects the load-bearing capacity of the bearing contributes. This effect is reduced by the first and the second bore 5.6, since this via the annular space 12 and the openings 14, 14 * and the annular grooves 13, 13 * allow pressure equalization. At the one formed by the third radial bore 7 Leakage results in a decrease in lubricant pressure, like this from the pressure diagram shown in Fig. 1 can be seen. This has an enlargement the distance between the shaft center and the bearing center result, whereby the bearing is stabilized.

Das erfindungsgemässe dynamisch gasgeschmierte Radiallager erfüllt die Bedingungen, die an Lager für schnell umlaufende Körper gestellt werden, und hat gegenüber dem Bekannten den Vorteil, dass eine wesentlich einfachere und erheblich billigere Herstellung gegeben ist. Dadurch ist die Verwendung von dynamisch gasgeschmierten Radiallagern auch in kleinen Serienmaschinen möglich und in allen anderen Verwendungsbereichen wirtschaftlicher als bei den bisher bekannten Lagern.The dynamically gas-lubricated radial bearing according to the invention fulfills the conditions that are imposed on bearings for rapidly rotating bodies, and has the advantage over the known that a much simpler and considerable cheaper production is given. This makes the use of dynamically gas-lubricated Radial bearings are also possible in small series machines and in all other areas of application more economical than with the previously known bearings.

Claims

Claims X Dynamically gas-lubricated radial bearing, which is essentially consists of a cylindrical bearing shell with a central bore, wherein the central bore on each side near the end of the bearing with at least one annular groove is provided, characterized in that the bearing shell (2) in relation to the mounting position of the bearing upper half on both sides of the vertical axis and in one Angular range of 45-60 offset from this at least one approximately in a radial direction Direction running bore (5,6) in the lower half of the bearing shell (2) at least one leakage point (7) is arranged approximately in the vertical axis and first means (12, 14,14 *; 12, 12> 15, 15 *) for balancing the in the bores (5,6) occurring pressure differences and second means (16, 16 *) for pressure reduction are provided at the leak point.

2. Radial bearing according to claim 1, characterized in that the first means for equalizing the pressure differences and the second means for pressure reduction Openings (15, 15 *, 16, 16 *) are the holes (5, 6) and the leak (7) connect with the ring grooves (13, 13 *).

3. Radial bearing according to claim 1, characterized in that the first means for equalizing the pressure differences and the second means for pressure reduction an annular space (12) which is sealed off from the outside and in which the bores (5, 6) and the Leakage point (7) open out, as well as connecting the annular space (12) with the annular grooves (13) Include openings (14, 14 *).

4. Radial bearing according to claim 3, characterized in that the annular space (12) arranged between the bearing shell (2) and a bearing housing (8) and by means of elastic rings (10, 10 *) is sealed.